半桥逆变型电子束焊机用直流高压电源的设计

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1、半桥逆变型电子束焊机用直流高压电源的设计

2、第11概述电子束焊机用高压电源的高效小型化是电子束焊接机的发展需要[1]。电子束焊机自试验室的应用发展到当今的工业领域以来，其高压电源的发展亦经过了近50年的发展历程，从高压电源发展阶段看，高压电源主要有以下几种形式：最初的高压电源为调压器人工开环控制和调节高压，整流器件为闸流管，这种原始的控制和调节仅满足于试验研究和要求不高的应用。体积大、效率低、操作复杂和可靠性差是该种电源的典型缺点。随着近代电子技术及电力电子技术的快速发展，一些先进的元器件如可控硅控制技术被成

3、功应用到高压电源的制造工艺和设计领域。由于电源采用闭环控制高压，实现了高压的自动控制和调节，在电源的稳定性、纹波电压降低及可靠性等技术性能方面得到显著的提高，与此同时，高压电源性能的提高也改善了电子束焊接机的焊接质量，电子技术的应用也促进了电子束焊机的发展，如自动化技术的提高使操作简单、设备可靠等。进入80年代以来，新型功率电子器件、数字控制技术及自动控制技术得到了快速的发展和广泛应用，如IGBT器件在电源技术的获得了广泛的成功应用。西方国家开始应用现代新技术和新材料研究和制造电子束焊机如比较大型的电子束焊

4、机及电子束技术应用生产线均采用计算机控制，实现人工智能化操作和管理。一般小型机则采用PLC控制，由于PLC具有较强的抗干扰能力及控制功能强等特点，容易实现对电子束焊机的可靠控制。2高压电源的主电路系统和参数高压电源的主电路系统框图如图1所示，其主电路如图2所示。主要由以下电路组成。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">2.1EMC滤波回路研究表明：500)this.style.ouseg(this)">路和主电路的可靠隔离，具有动态响

5、应快、取样电流信号与输出电流线性度好的特点，能有效克服高压回路的干扰信号对取样回路的影响。反馈信号和给定信号在PI调节器调节后经TL494调制成两路互补的P脉冲。TL494输出的脉冲送入到IGBT的专用驱动模块EXB840的输入端，IGBT的驱动电路采用富士公司的EXB840专用驱动1200V、70A的模块，内部采用2500V光电隔离电路，其输入电压为+20V，其中+15V作为IGBT的正向驱动电压，-5V是IGBT关断时加在IGBT的栅极与发射极之间的反向电压，使之可靠关断。14脚外接TL494输出的P信

6、号驱动IGBT，6脚通过二极管接到IGBT来检测IGBT的过流信号，4脚外接控制电路把过流信号输入到PLC，PLC对其进行运算和处理发出过流信号。控制电路的工作过程为经PI调节器作用后的信号输入到TL494内部，TL494输出P脉冲，其占空比由PI调节器输出信号的大小来决定，具有一定占空比的P脉冲经EXB840作用后驱动IGBT，从而实现变压器输出电压的调节和稳定。4保护电路研究表明：高压电源在工作时，电源的内部会产生过电压或过电流以致损坏电源或IGBT，因此必须采取保护电路来保证电源的安全工作。电源设置过

7、压保护、梯度上升及下降电路和过流保护电路。过流保护采用分三种形式进行保护。一是EXB840电路本身的过流保护检测功能，即在IGBT过流时，IGBT驱动模块的6脚会检测到过流信号而直接封锁输出脉冲，关断IGBT，同时EXB840的4脚经过外接电路输出信号给PLC，PLC经过程序运算后，一方面发出过流信号指示，另一方面给可控硅移相控制电路提供封锁脉冲信号，关断可控硅主电路。第二级保护是利用TL494的内部放大器的15、16脚外接电流隔离传感器，当检测到的电流信号超过设定值时，TL494封锁输出脉冲，从而实现对I

8、GBT的关断。第三级保护是高压侧电子束流过流保护，当出现过电流时，束流取样信号反馈到控制电路，控制电路发出过流信号给PLC，PLC分别发出关断主电路和过流显示信号，从而实现过流保护。电源还设置了过压保护电路，能有效地对电源的过电压的保护，在高压电源的内部还加装了限流电阻及保护电阻，能有效地限制过电流和过电压。为了克服开机时市电对电源的冲击，通过PLC内部程序设置了软启动斜坡函数，经D/A模块运算后作为PI调节器的给定，实现电源的软启动。5电源系统的技术指标电源的技术指标如下：输入电压：220V~50Hz；输

9、出电压：0~60kV纹波系数：〈1%稳定度：10-4；电子束流：0~167mA纹波系数：〈1%；逆变频率：20kHz；输出功率：0~10kC电磁兼容等方面采取了有效的措施，保证了电子束焊机的工作需要。高压焊机用高压电源（150kV）采用逆变高压电源，在高压连锁保护方面优点明显，对电子束斑品质的改善、焊接工艺的提高方面尤其如此。开展高压焊机用高压电源的研究是我国电子束焊机制造业的新课题，本电源的经验和设计数据对高压